DE19703204A1 - Verfahren zum Entfernen siliciumhaltiger Beschichtungen - Google Patents

Verfahren zum Entfernen siliciumhaltiger Beschichtungen

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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4401—Means for minimising impurities, e.g. dust, moisture or residual gas, in the reaction chamber
    • C23C16/4405—Cleaning of reactor or parts inside the reactor by using reactive gases
    • H—ELECTRICITY
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen silicium­ haltiger Beschichtungen von einem Gegenstand und insbesondere von einem Ofenboot. Ofenboote oder Quartzhorte dienen bei der Bearbeitung von Halbleiter-Wafern als Halter oder Ständer für die Wafer, wenn diese mit einer Beschichtung versehen werden sollen. Derartige Ofenboote bestehen häufig aus Quartz oder Siliciumkarbid. Sie weisen im allgemeinen eine Vielzahl pa­ ralleler Schlitze auf, in die die Wafer eingestellt werden. Die Beschichtung der Wafer erfolgt üblicherweise durch einen LPCVD-Prozeß (LPCVD = Low Pressure Chemical Wafer Deposi­ tion). Die abgeschiedenen Schichten bestehen meist aus Sili­ ciumnitrid, Polysilicium oder deren Gemischen. Das Beschich­ tungsmaterial scheidet sich bei der Beschichtung nicht nur auf den Wafern ab, sondern auch auf den Ofenbooten und muß nach einigen Beschichtungsdurchläufen von diesen entfernt werden.
Bislang wird hierfür üblicherweise ein naßchemisches Reini­ gungsverfahren verwendet, das beispielsweise eine Mischung aus Fluorwasserstoff, Salpetersäure und Wasser zum Ätzen der abgelagerten, einige µm dicken Schicht benutzt. Um diese Schicht vollständig zu entfernen, muß im allgemeinen relativ lange überätzt werden. Dabei besteht die Gefahr, in den Be­ reichen, in denen eine dünnere Schicht abgelagert wurde - zum Beispiel im Bereich der Schlitze zur Waferaufnahme -, das Boot selbst anzuätzen. In der Regel werden bei der naßchemi­ schen Reinigung 20 bis 100 µm der Bootoberfläche abgetragen. Dadurch wird einerseits die Maßhaltigkeit des Bootes beein­ trächtigt und andererseits die Bootoberfläche stark aufge­ rauht. Diese Rauhigkeit kann zwar durch Überflammen in gewis­ sem Maße geglättet werden, wobei das Quarzmaterial oberfläch­ lich verfließt, und dadurch kann die Lebensdauer des Bootes verlängert werden. Dennoch ist es gerade bei teueren Wafern in der Chipfertigung üblich, um diese nicht zu gefährden, die Boote nach wenigen (in der Regel zwei bis fünf) Reinigungs- oder Überflammvorgängen zu verwerfen.
Ein weiterer Nachteil des naßchemischen Reinigens besteht darin, daß gelegentlich Restfeuchtigkeit oder nicht vollstän­ dig weggeätzte Restschichtbestände auf den Booten haften bleiben. Dies führt dazu, daß in weiteren Beschichtungsvor­ gängen das abgelagerte Beschichtungsmaterial auf dem Boot nicht hinreichend haftet, abplatzt und die Beschichtungskam­ mer und die darin befindlichen Wafer verunreinigt, wodurch sich der Ausschuß erhöht.
Wegen des hohen Verschleißes an Ofenbooten, zusätzlicher Ver­ fahrensschritte zur Glättung der Boote und der möglichen Ge­ fährdung nachfolgender Beschichtungsvorgänge ist die naßche­ mische Reinigung von Ofenbooten zeitaufwendig und teuer.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Reinigung von Gegenständen und insbesondere Ofenbooten von Beschichtungs­ rückständen anzugeben, welches einfach und kostengünstig durchführbar und so steuerbar ist, daß die Beschädigung der Gegenstände weitestgehend vermieden und ihre Lebensdauer und Einsatzfähigkeit verlängert wird.
Die Lösung der Aufgabe gelingt mit dem Verfahren gemäß An­ spruch 1. Vorteilhafte Merkmale des Verfahrens sind den Un­ teransprüchen zu entnehmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft also ein Verfahren zum Entfernen siliciumhaltiger Beschichtungen aus einem LPCVD-Prozeß von einem Ofenboot oder ganz allgemein Gegen­ ständen, die während eines LPCVD-Prozesses mit siliciumhalti­ ger Beschichtung verunreinigt wurden, mit Hilfe des Plasmaät­ zens, bei dem ein Ätzmittel eingesetzt wird, welches Sauer­ stoff und wenigstens eine fluorhaltige Verbindung umfaßt. Als fluorhaltige Verbindung können ein oder mehrere Fluorkohlen­ wasserstoffe wie CF4, CHF3, C2F6 usw., SF6, SiF4 oder NF3 verwendet werden. Eine bevorzugte fluorhaltige Verbindung ist CF4 , ein bevorzugtes Ätzmittel besteht aus CF4, O2 und N2. Die Zusammensetzung des Ätzmittels sowie die Konzentration der Verbindungen im Ätzmittel, welche die eigentliche Ätzwir­ kung entfalten - im letztgenannten Fall sind dies CF4 und O2 - und ihr Konzentrationsverhältnis untereinander werden zweck­ mäßig in Abhängigkeit von der Art und Dicke der zu ätzenden Beschichtung auf dem zu reinigenden Gegenstand ausgewählt.
Vorteilhaft kann es beispielsweise sein, die Konzentration der einzelnen Komponenten des Ätzmittels im Verlauf des Ätz­ verfahrens zu ändern. Die Änderung kann dabei kontinuierlich oder stufenweise erfolgen. Um zu vermeiden, daß das Ofenboot (das im folgenden beispielhaft für alle zu reinigenden Gegen­ stände stehen soll) durch das Ätzmittel zu stark angegriffen wird, ist es im allgemeinen von Vorteil, die Konzentration der Verbindungen, die die Ätzwirkung entfalten (im folgenden Ätzverbindungen) im Ätzmittel im Verlauf des Ätzvorgangs zu senken. Zu Beginn des Ätzvorgangs ist die Konzentration der Ätzverbindungen im Plasma also relativ hoch, um einen Groß­ teil der zu ätzenden Beschichtung schnell abzuätzen. Dann wird die Konzentration der Ätzverbindungen im Plasma vermin­ dert, um das Abtragen von Bootmaterial möglichst zu verhin­ dern.
Geätzt werden können grundsätzlich, sieht man einmal von Si­ liciumdioxid ab, alle siliciumhaltigen Beschichtungen, die während eines LPCVD-Prozesses auf einem Ofenboot abgeschieden wurden. Im Rahmen der Halbleiterfertigung sind dies in der Regel Beschichtungen, die im wesentlichen aus Siliciumnitrid, Polysilicium oder deren Mischungen bestehen. Unter Polysili­ cium ist in diesem Zusammenhang sowohl Polysilicium zu ver­ stehen, das mit Metallen wie beispielsweise Bor, Phosphor, Arsen oder Antimon dotiert ist, als auch undotiertes Polysi­ licium.
Im erfindungsgemäßen Verfahren können die üblicherweise ver­ wendeten Boote eingesetzt werden, die im allgemeinen aus Si­ liciumcarbid oder Quarz bestehen. Grundsätzlich können alle Gegenstände gereinigt werden, die durch das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren nicht zu stark angegriffen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in jeder üblichen Plas­ maätzvorrichtung durchgeführt werden. Eine bevorzugte Vor­ richtung entspricht im wesentlichen handelsüblichen Ve­ raschern, wie sie beispielsweise von den Firmen Branson, Te­ pla und IPC erhältlich sind. Um auch sogenannte Langboote be­ arbeiten zu können, ist jedoch zweckmäßig die Ätzkammer ver­ größert, um auch diesen Booten Platz zu bieten.
Die üblicherweise verwendete Verfahrenstemperatur liegt im Bereich zwischen Raumtemperatur und etwa 70°C. Zweckmäßig wird dem eigentlichen Ätzvorgang ein Temperatureinstell­ schritt vorgeschaltet, bei welchem die Ätzkammer auf eine ge­ eignete Anfangstemperatur eingestellt wird. Vorteilhaft ist dabei die Kammer mit Stickstoff befüllt. Eine geeignete An­ fangstemperatur liegt beispielsweise im Bereich von 40°C. Die genauen Anfangs- uns Verfahrenstemperaturen hängen unter an­ derem von der Art des zu bearbeitenden Ofenbootes, der zu ät­ zenden Beschichtung, der Ätzvorrichtung und dem Ätzmittel ab. Es kann zum Erreichen gleichmäßiger Ätzresultate zweckmäßig sein, die Temperatur in der Ätzkammer lokal zu regeln. Dies kann auf an sich bekannte Weise über die Mikrowellenleistung einzelner, über die Ätzkammer verteilter Mikrowellengenerato­ ren mit einer Leistung von üblicherweise 200 bis 100 Watt er­ folgen.
Der Prozeßdruck wird im allgemeinen zwischen 10 und 5000 mTorr liegen.
Auch die Konzentration der Ätzverbindungen in der Kammer kann lokal variiert werden. Beispielsweise kann dies erreicht wer­ den, indem in der Kammer mehrere Zuleitungen für das Ätzgas vorgesehen sind. Im Mündungsbereich dieser Gasinjektoren ist die Konzentration des Ätzmittels besonders hoch, während die Konzentration mit zunehmender Entfernung vom Auslaß der Zu­ leitungen abnimmt. Es ist also möglich, durch gezielte Aus­ richtung der Gasinjektoren in bestimmten Bereichen der Kammer lokal höhere Konzentrationen an Ätzmittel einzustellen als in anderen Bereichen. Beispielsweise kann die lokale Ätzmittel­ konzentration in Abhängigkeit von der jeweils in vorgegebenen Bereichen angetroffenen Schichtdicke der zu ätzenden Be­ schichtung gewählt werden. Wo die zu ätzende Beschichtung auf dem Boot besonders dick ist, kann zweckmäßig eine höhere Ätz­ mittelkonzentration eingestellt werden.
Durch Änderung der Temperatur und des Prozeßdrucks sowie ge­ eignete Wahl des Ätzmittels und dessen Konzentration kann die Ätzrate, gegebenenfalls auch lokal und zeitlich, variiert werden. Eine geeignete Ätzrate liegt im Bereich von 10 bis 200 nm/min.
Im Anschluß an den Ätzvorgang folgt zweckmäßig ein Spül­ schritt, in welchem das Ätzmittel aus der Kammer entfernt wird. Dies kann zum Beispiel durch Hindurchleiten von Stick­ stoff durch die Kammer geschehen.
Ein möglicher Verfahrensablauf des erfindungsgemäßen Reini­ gungsverfahrens könnte beispielsweise wie folgt aussehen. Ein zu reinigendes Ofenboot, das von einer Beschichtung be­ freit werden soll, die zum Beispiel aus Siliciumnitrid und Polysilicium besteht, wird in der Kammer einer herkömmlichen Ätzvorrichtung mit einer zur Aufnahme des Bootes geeigneten Größe plaziert. Es folgt ein Temperatureinstellschritt, bei welchem die Kammer mit Stickstoff gefüllt ist, der mit einer Fließgeschwindigkeit von 10 bis 50 sccm (Standard-Kubikzen­ timeter pro Minute) eingeleitet wird. Die Zufuhrrate dieses und der nachfolgend genannten Gase richtet sich - außer nach den bereits angesprochenen Parametern - insbesondere nach der Kammergröße und der Pumpleistung der Zufuhrvorrichtung. Je nach Starttemperatur dauert diese Phase 10 bis 60 Minuten. Nun schließt sich der eigentliche Ätzvorgang an, der bei­ spielsweise in zwei Stufen durchgeführt wird. In der ersten Stufe werden der Kammer zusätzlich zum oder an Stelle von Stickstoff oder an Stelle des Stickstoffs Sauerstoff und Tetrafluorkohlenstoff als Ätzverbindungen zugeführt. Je nach Schichtdicke und Zusammensetzung der zu ätzenden Schicht dauert diese Stufe in der Regel 20 bis 90 Minuten. Der Gasfluß für Sauerstoff kann zweckmäßig 100 bis 200 sccm, der für CF4 100 bis 400 sccm betragen. In dieser ersten Ätzstufe wird ein Großteil der Schicht weggeätzt.
In der anschließenden zweiten Ätzstufe wird die Konzentration der Ätzverbindungen in der Kammer reduziert. Beispielsweise beträgt der Gasfluß für Sauerstoff und Tetrafluorkohlenstoff jeweils 10 bis 100 sccm. Die Dauer des zweiten Ätzschrittes wird von den gleichen Parametern bestimmt wie der erste Ätz­ schritt und liegt im allgemeinen zwischen 40 und 150 Minuten.
Anschließend wird die Kammer einige Minuten mit Stickstoff gespült, ohne daß ein Plasma erzeugt wird. Dann wird das ge­ reinigte Ofenboot aus der Kammer entfernt.
Gegenüber den naßchemischen Reinigungsverfahren des Standes der Technik besitzt das erfindungsgemäße Verfahren einige Vorteile. Zum einen wird selbst bei längerem Überätzen nur sehr wenig Bootmaterial abgetragen, in der Regel nur etwa 0,5 bis 2 µm, während beim naßchemischen Ätzen üblicherweise 20 bis 100 µm Bootmaterial verloren gehen. Entsprechend ist die Aufrauhung der Bootoberfläche durch das erfindungsgemäße Ver­ fahren sehr viel geringer, und ein Überflammvorgang zur Ober­ flächenglättung ist nicht erforderlich. Durch die geringe Schädigung des Ofenboots bleibt die Maßhaltigkeit des Bootes über einen sehr viel längeren Zeitraum erhalten, und die er­ findungsgemäß gereinigten Ofenboote können 5-50 Mal länger genutzt werden als die herkömmlich gereinigten.
Das eingangs angesprochene Problem beim naßchemischen Reini­ gen, daß durch Rest feuchte oder nicht weggeätzte Beschichtun­ gen bei nachfolgenden Beschichtungsvorgängen Haftungsprobleme auftreten, die dazu führen, daß abgeplatzte Beschichtung zur Verunreinigung der Ätzvorrichtung und der zu beschichtenden Wafer führt, tritt bei erfindungsgemäß gereinigten Booten nicht auf. Das erfindungsgemäße Verfahren ist also nicht nur kostengünstiger, sondern auch sicherer als die übliche naß­ chemische Reinigung von Ofenbooten.

Claims (17)

1. Verfahren zum Entfernen siliciumhaltiger Beschichtungen aus einem LPCVD-Prozeß von einem Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß die siliciumhaltige Beschichtung durch Plasmaätzen mit einem Ätzmittel entfernt wird, welches Sauerstoff und wenig­ stens eine fluorhaltige Verbindung umfaßt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als fluorhaltige Verbindung SF6, SiF4, NF3, ein fluor­ haltiger Kohlenwasserstoff oder eine Mischung wenigstens zweier dieser Verbindungen eingesetzt wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als fluorierter Kohlenwasserstoff CF4 eingesetzt wird.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzmittel aus CF4, O2 und gegebenenfalls N2 besteht.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der einzelnen Komponenten des Ätzmit­ tels in der Ätzvorrichtung im Verlauf des Ätzvorgangs geän­ dert wird.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Ätzverbindungen im Verlauf des Ätz­ vorgangs gesenkt wird.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr der fluorhaltigen Verbindung zur Ätzvorrich­ tung im Anfangsstadium des Ätzvorgangs im Bereich von 100 bis 400 sccm und im Endstadium von 10 bis 100 sccm liegt.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des Sauerstoffs zur Ätzvorrichtung im Anfangs­ stadium des Ätzvorgangs im Bereich von 100 bis 200 sccm und im Endstadium von 10 bis 100 sccm liegt.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Ätzmittels in der Ätzvorrichtung lokal variiert wird.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ätzvorgang eine Temperatureinstellstufe vorgeschaltet ist.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ätzvorgang ein Spülschritt nachgeschaltet ist.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Bereich zwischen Raumtemperatur und 70 °C liegt.
13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in der Ätzvorrichtung lokal variiert wird.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Bereich von 10 bis 5000 mTorr liegt.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zu entfernende siliciumhaltige Beschichtung im we­ sentlichen aus dotiertem oder undotiertem Polysilicium und/oder Siliciumnitrid besteht.
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der zu reinigende Gegenstand ein Ofenboot ist.
17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der zu reinigende Gegenstand aus Quarz oder Siliciumcar­ bid besteht.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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